年产300吨罗红霉素原料药工艺设计(共39页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上年产300吨罗红霉素原料药工艺设计(安徽工程科技学院生化系 芜湖 )摘要罗红霉素为半合成的大环内酯类抗生素。合成路线基本上都是以硫氰酸红霉素为原料,经肟化成红霉素肟,再和甲氧乙氧氯甲醚反应得罗红霉素。罗红霉素生产过程中,如何提高肟化效率、产品收率、溶剂回收和减少“三废”是医药工业面临的难题11。现在国内企业生产罗红霉素所使用的工艺,肟化率在63%70%范围内,罗红霉素产品质量收率一般在80%左右,但是相比较国外先进工艺,生产成本高,产品纯度低。更为严峻的是很多企业没有对溶剂等原料充分回收利用,选择了直接排放,不但浪费资源,而且污染环境。参考国内外的文献,对罗红霉素工艺
2、路线进行了设计,不但要获得较高的产品收率,而且要对溶剂进行回收,避免污染环境,达到清洁生产。本文对300吨罗红霉素原料药生产进行工艺设计,主要包括:工艺流程设计及优化、物料衡算、工艺设备的计算和选型、能量计算等。关键词: 红霉素肟;醚化;罗红霉素;工艺设计。The technology design of the erythromycin produced300 tons per yearzhongwei(Anhui University of Technology & Science The biochemistry engineering department wuhu )Abstract
3、Roxithromyein is a kind of semi-synthetical antibiotic drugs of large ring lactone. Roxithromycin is synthesized from methoxy ethoxy methyl chloride and oximido erythromycin that has been oximated from sulfocyanic acid and erythromycin. In the roxithromycin production line, how to raise efficiency o
4、f oximation reaction and the rate of roxithromycin, melting agent recovery are the problems the medicine industry to face. Now the local business enterprise produces roxithromycin, the rate is between 63% and 70%, the quality rate of roxithromycin is generally about 80%, but compare with foreign adv
5、anced craft, the production cost is higher, and the product purity is not high. More serious, a lot of business enterprises didnt recover the solvent, and chose direct emissions. Not only resource is wasted, but also environment is polluted. Preparation referred to the literature at home and abroad,
6、 The technical course of Roxithromycin was designed, not only want to acquire a higher product rate, but also want to recover the solvent, avoid pollution environment, attain to sweep production.The scheme to the erythromycin produced 300 tons per year technological design process including technolo
7、gical process design, the balance of calculation,technics calculation and equipment choosing,energy calculation etc.Keyword: erythromyein oxime; etherifieation; roxithromyein; technological design。目 录插图清单图1-1罗红霉素合成图 6图2-1 罗红霉素结构图 9图2-2 合成罗红霉素肟化反应式简图10图2-3 合成罗红霉素醚化反应式简图10图3-1 罗红霉素生产工艺流程简图11图3-2 肟化工艺流
8、程图及“三废”排放点位12图3-3 醚化、精制工艺流程图及“三废”排放点位13图3-4 三乙胺回收工艺流程图及“三废”排放点位14图3-5 废气处理工艺流程图 (1)15图3-6 废气处理工艺流程图 (2)15表格清单表3-1 废渣产生及处置情况表16表4-1 年产300吨罗红霉素生产工艺过程物料衡算表18表4-2 年产300吨罗红霉素原辅材料消耗表19表4-3 年产300吨罗红霉素排放物综合表19引 言20世纪末出现的新型红霉素如罗红霉素、克拉霉素等,它们克服了红霉素容易被酸分解的缺点,拓宽了抗菌谱,已经作为新一代的红霉素药物进入临床应用,并引起了人们对红霉素药物重新评价和研究的高潮1。国内
9、罗红霉素原料生产企业也不下十家,生产工艺和技术主要来源于上海医工院和四川抗生素研究所,并多是从红碱做起,国外企业多是从硫氰酸红霉素做起,硫氰酸红霉素的价格仅为红碱的一半,使罗红霉素的生产成本国内外有一定的差异,最近几年,由于受市场压力的影响,一些厂家都在致力于技术提高和工艺改进,现已接近或达到国际先进水平。但是国内生产企业罗红霉素成品收率平均一般只在80左右,产品的纯度也不是很高。很难跟国外企业抗衡。本设计方案把提高产品收率和纯度作为技术难点,优化工艺,设计一套最佳方案。充分参考国内外文献,立足于国内已有原料的实际情况,以硫氰酸红霉素为原料,盐酸羟胺为肟化剂,以甲醇为反应溶剂,在三乙胺的催化作
10、用下进行肟化反应,合成红霉素肟,再以甲氧基乙氧基氯甲醚 (MEMC)为反应原料,以N,N二甲基甲酰胺 (DMF)为反应溶剂,在甲醇钠的催化作用下与红霉素肟进行醚化反应,得到罗红霉素,收率达到90%(摩尔收率)2。然而光有最佳方案是远远不够的,粗产品生产出来后,精制等后续处理也是至关重要,这直接关系到产品的纯度,当然还有中间产物的处理也要达到最佳。第1章 概述1.1本课题的设计背景及现实意义医药行业是世界上发展最快的工业产业之一,近十年来,世界药品市场销售额平均增长在8-10%,而中国又是世界上发展最快的国家之一,近年来我国医药工业增加值,年均增长15%以上,是国民经济中发展最快的行业之一。我国
11、医药产业发展迅猛,不仅已形成化学原料药、医药中间体、中药、生物制药等比较完善的工业体系,而且生产的品种、数量、规模已跻身世界前列。随着我国经济的持续、快速、稳定发展和人民生活水准的不断提高,人民大众对医药需求的不断增长,中国医药产业的前景美好、潜力巨大。业内专家预测:中国医药市场总值在2010年将达到600亿美元,并很快将超越美国成为全球第一大市场。在我国医药产品分类中,抗生素又一直在市场份额中占据着首位,占了35%的份额。近十年来,随着人体抗药性增强,抗生素药品进行了一次大的更新换代,以罗红霉素、克拉红霉素为代表的大环内脂类升级换代产品以及一批疗效好、副作用小、抗菌谱广,抗菌活性强的头孢类抗
12、生素得到了快速发展,为人民大众的健康事业作出了贡献。早期国内罗红霉素生产厂家多是从红碱做起,而国外企业多从硫氰酸红霉素做起,因为硫氰酸红霉素的价格仅为红碱的一半,这使得国内罗红霉素的生产成本明显高于国外,还有更重要的是高收率,高纯度的先进工艺依然掌握在少数几个西方国家中。我国加入世贸多年,越来越多的国外医药品进入中国市场,已对国内医药行业产生巨大的冲击。所以国内罗红霉素生产企业要想守住国内市场,并且进军国际市场就必须面对挑战,改进工艺,研究先进工艺打破技术瓶颈变得非常迫切3,4。1.2国内外研究进展罗红霉素为半合成的大环内酯类抗生素,红霉素 (Erythromycin)的衍生物,自法国Rous
13、sel-Uclaf公司开发研制成功后,工艺已经不断的改进。国内生产技术还是相对处于落后,收率一般只在80%左右,产品的纯度也不是很高,目前罗红霉素的合成工艺由红霉素肟化和醚化二步组成:图1-1 罗红霉素合成图(1)肟化反应红霉素肟是合成罗红霉素的重要中间体,合成路线基本上都是由硫氰酸红霉素作为起始,经肟化成红霉素肟。根据采用肟化剂的不同,现在有3种方法合成红霉素肟。第一种方法:红霉素在亚硝酸酯作肟化剂条件下,发生肟化反应,生成红霉素肟。但是红霉素在酸性条件下不太稳定,而亚硝酸酯作为肟化试剂又必须在强酸催化条件下才能进行,故它不适用于红霉素的肟化反应。现在基本上不用这种方法来合成红霉素肟5。第二
14、种方法:用亚硝酸钠作肟化剂,在亚硝酸氢钠存在下对红霉素进行肟 化。但是这反应比较复杂,且肟化收率偏低6。 第三种方法:盐酸羟胺作为肟化剂合成红霉素肟,反应可以在酸、碱及中性条件下催化进行,但由于红霉素的肟化,酸碱度要求较严格,pH值7时反应不进行。因此能与盐酸羟胺形成pH值67缓冲体系的物质如:醋酸钠、硼酸钠、三乙胺、吡啶等均可成为该肟化反应的催化剂。因此,盐酸羟胺作为红霉素的肟化剂较为可取7。从20世纪70年代,科学家们就开始了红霉素肟的合成研究,但是从公开发表的文献或专利来看。要么反应的原料易得,但产率较低,一般不超过80%,要么收率高,可达98%,但工艺条件要求高,原料只有如日本、美国、
15、德国等少数几个国家能生产8-10。 (2)醚化反应醚化反应是用红霉素肟同甲氧基乙氧基氯甲醚(MEMC)在碱性介质中进 行,反应大致有两个类型:相转移反应CH3OCH2CH2OCH2CL (MEMC )红霉素肟罗红霉素 相转移催化剂用相转移反应从红霉素肟制备罗红霉素的反应的关键是相转移催化剂的选择,用最简单通用的季胺类化合物如:4-丁基溴化胺等作为催化剂,便可得到75左右收率的罗红霉素,收率虽然不高但反应条件温和易控、操作简单,具备进一步工艺研究价值。无水反应 无水反应的溶剂,可选用丙酮、乙醚、二氯甲烷、吡啶甚至甲醇等 ,催化剂可用无水碳酸钠、碳酸氢钠、吡啶、甲醇钠等弱碱或强碱物质。用丙酮为溶剂
16、,碳酸氢钠为催化剂,由红霉素肟同MEMC反应得到90%以上收率的罗红霉素。该工艺收率较高,原料易得,条件温和,较为可取。1.3课题来源本课题来源于浙江某药业股份有限公司新建原料药项目。该公司目前是一个以制剂为主的制药企业。公司主要产品中,80%为抗生素类产品。然而,作为单纯的医药制剂企业,明显地暴露了它的弱点。主要是没有原料药配套,公司的发展明显受制于人,尤其是在新产品的选择和开发上,自主选择和开发新品种,尤其是创新品种十分不容易,为了加速公司的持续、稳定发展,谋求在医药行业的一席之地,建立医药化工园区,向上游原料药延伸发展十分迫切。这不但可以使公司不局限于制剂的生产和销售,也有利于在原料药实
17、现自我配套后,继续拓展国内、国外两个市场。1.4拟解决的问题国内罗红霉素生产企业普遍存在的问题是所使用的工艺,罗红霉素成品收率也一般在80%左右,产品的纯度也不是很高。提高产品收率是国内厂家及科研机构一直在力图解决的难题。本设计方案需要解决的问题:(1) 把提高产品收率和纯度作为设计要求,在充分参考国内外文献基础上,分析反应要求,采用合适控制手段,设计一套最佳方案,以求达到较高的产品收率。粗产品生产出来后,中间产物的处理,成品精制等后续处理也是至关重要,这直接关系到产品的纯度。设计出最佳的精制方案,提高产品的纯度。(2)加强资源回收和利用,化学合成存在反应得率的问题,往往需要使用多种、过量的化
18、学原料和有机溶剂。这些原料和溶剂若不进行有效回收,则会造成大气污染或者废水中的COD浓度增加,并浪费资源,增加生产成本。采用回收措施可降低原材料的消耗,减少污染的排放。(3)优化工艺,清洁生产。工艺优化是清洁生产的重要方面,既包括工艺路线的调整改进,也包括废水、废料的高效利用。本项目原料药罗红霉素通过肟化,醚化二步合成反应得到产品。反应过程均比较稳定,且在低温下进行,反应时间短,产品得率高,设计的工艺流程在目前来说是先进工艺11-13。(4)对主要设备进行设计。肟化和醚化的主要设备都为反应釜,所以本文参考有关书籍15-19对反应釜进行了结构设计。第2章 工艺设计原理2.1产品简介分子式:C41
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